Az anyag és az energia szétválása 380 000 évvel az ősrobbanás után
Ez volt az az időszak, amikor a Planck-űrszonda által is észlelt sugárzás megjelent az űrben. Egészen addig a világegyetem nem volt más, mint atommagok, könnyebb részecskék és energia forró elegye. Arra sem volt lehetőség, hogy ebben az állapotban egész atomok formálódjanak. Amint egy atommag és egy elektron összekapcsolódott, a környező sugárzás áradata azon nyomban szét is szakította őket. Ekkorra azonban az űr folyamatos tágulása már legyengítette annyira a sugárzást, hogy az nem tépte szét azonnal az atomokat.
Vízválasztó pillanatról volt szó: a korábban szabadon lévő részecskék ugyanis elkezdtek atomokba záródni. Olyasmi volt ez, mint amikor a sűrű köd kitisztul. Ahogy a horizontot láthatjuk tiszta időben, úgy figyelte meg űrszondánk is azt a sugárzást, amely immáron 14 milliárd éve utazik az űrben –megőrizve a sűrű, később galaxisokká szerveződő anyaga lenyomatát. Éppen ez a lenyomat az oka annak, hogy olyan nehéz rálátást kapni a korábban lezajlott kozmikus felfúvódásra.
Az ősrobbanás-elméletet mára általánosan elfogadottá vált. Hiányzik azonban egy fotóalbum, amelynek a segítségével nyomon követhetnénk a világegyetem felcseperedését születésétől a ma látható felnőtt állapotáig. A csillagászok tudják, hogy meg kell becsülniük minden információmorzsát, amivel a világegyetem nagylelkűen megajándékoz bennünket, és ezeket matematikai modellekkel is ki kell egészíteniük. A kozmosz persze a maga sajátos módján juttatja el hozzánk ezeket az információmorzsákat. Ilyen például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) fodrozódása, a téridő rezgése, vagy éppen a gravitációs hullámok, melyek könnyedén hömpölyögnek keresztül a galaxisokon.
Arno Penzias és Robert Wilson
A kozmosz pedig valóban mesél a saját múltjáról. A CMB nem volt éppen feltűnésmentes 1965-ben, amikor zavart okozott a Bell Laboratórium csillagászainak, Arno Penziasnak és Robert Wilsonnak egy új kísérleti berendezésében. A New Jersey állambeli Holmdelben felállított hatalmas kürtantenna az univerzumot fürkésző rádiótávcső volt.
Ám akármerre is fordították antennájukat, Penzias és Wilson mindig érzékeltek egy zavaró sistergést, valami hasonlót ahhoz az elektromos zajhoz, ami a régebbi tévé- készülékeken a „hangyafocit” kíséri. Miután minden egyéb lehetőséget kizártak, következtetésre jutottak, hogy ez a váratlan sugárzás a világűrből ered, méghozzá minden irányból egyformán. Ekkor ismerték fel, hogy ez a jel nem más, mint a tudósok egy ideje gyanított és keresett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. Ha a világegyetemnek volt kezdete, akkor arról valamilyen maradványsugárzásnak tanúskodnia kell. Egy mindent átható maradvány a mikrohullámú tartományban, egy kozmikus emlékmű – ez a CMB.
A sugárzás rendkívül hideg a maga mindössze 2,7 kelvines (-270 °C) hőmérsékletével. A világegyetemünk fagyos hely tehát, hiszen ez a hőmérsékleti sugárzás tölti ki mindenütt. Valaha rendkívül forró volt az univerzum, ám ahogy tágult, le is hűlt. A CMB az ősrobbanás után mintegy 380 ezer évvel keletkezett, amikor a hőmérséklet 3000 °C alá csökkent. Ezen a hőmérsékleten az atommagok hullám-detektálás bonyolult művészetének
ELISA-űrszondarendszer
Az ELISA-űrszondarendszer a gravitációs- hullámok a téridő rezgései, amelyek az ősrobbanás további bizonyítékául is szolgálhatnak. gyakorlására tesz majd kísérletet. A gravitációs már egyesülni tudtak az addig szabadon száguldozó elektronokkal. A szabad elektronok eltűnésével a világegyetem átlátszóvá vált, a fény akadálytalanul terjedhetett anélkül, hogy a fotonjai mindunta- lan elektronokba ütköztek volna. Ez az a fény, amit ma is megfigyelhetünk kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás ként. Habár az ősrobbanás pontos idejét !! nem árulja el, a CMB jellemzőit erősen befolyásolta, hogy mi történt közvetlenül az ősrobbanás után. Ilyen volt például a rövid, ám rendkívül heves felfúvódási időszak, ami a fénynél gyorsabban távolította el egymástól a kozmosz egyes régióit. A CMB az univerzum csecsemőkoráról ad képet – szinte láthatjuk, miként pattant ki tér és idő a semmiből. Az égbolt feltérképezése Penziast és Wilsont 1978-ban Nobel-díjjal jutalmazták felfedezésükért, de akkor még nagyon sok mindent nem tudtunk mindabból, amit a háttérsugárzás mesélhet nekünk – szükség volt egy égbolt térképre.
COBE műhold
Az első erre irányuló küldetéshez a NASA Cosmic Background Explorer (COBE) műholdját használták, amely 1989-es fellövése után azonnal fényképezni kezdte az eget. Négy- éves működése végére a COBE elkészítette a CMB melegebb és hűvösebb foltjait ábrázoló első térképet. Ezek a foltok a korai világegyetem gravitációs terének fluktuációit jelzik, amelyek a később létrejövő hatalmas, sok százmillió fényév méretű galaxishalmazok magvai voltak. A COBE két vezető kutatója, George Smoot és John Mather 2006-ban szintén Nobel-díjat kapott.
WMAP - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
A COBE munkáját néhány évvel később a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) űrszonda folytatta. Ez elődjénél jóval nagyobb felbontással immár a teljes égboltot térképezte fel, a sugárzás hőmér- sékleti különbségeit pedig már 25 milliomod fok pontossággal tudta érzékelni. A WMAP eredményei révén a kutatók már a világegyetem alakjáról is megállapításokat tehettek. A csillagászok arra jutottak, hogy mivel a legfeltűnőbb, legfényesebb foltok látszó átmérője 1 fok körül van, igy lapos világegyetemben élünk. 2010-ben, kilencévnyi működés után a WMAP befejezte a kozmosz fürkészését. A WMAP nagyon fontos alapokat fektetett le, ami miatt ez a küldetés komoly áttörést jelentett.
ESA Planck műholdja
Ám mire a szonda nyugdíjba vonult, már úton volt a következő CMB-t vizsgáló műszer, az Európai Űrhivatal (ESA) Planck műholdja. A mikrohullámú és infravörös frekvenciákon egyszerre működő eszköz még nagyobb pontosságra törekedett. A műszerek minden erőfeszítésére szükség volt a világegyetem legmélyebb titkainak feltárásához – és a Planck valóban páratlan részletességű térképet készített a CMB-ről.
A német fizikusról elnevezett űreszközt az Európai Űrügynökség (ESA – European Space Agency) 2009-ben indította útjára. Feladata az volt, hogy megtalálja az univerzum ,tervrajzát”; egy pillanatfelvételt a minket ma körülvevő csillagok és galaxisok jóval korábbi állapotáról.
A kozmológusok egy egész évszázadon keresztül dolgoztak azon, hogy olyan matematikai alapokon nyugvó elméleteket alkossanak, amelyek leírják az univerzum tõrténetét a kezdetektől napjainkig. De a Planck-űrszonda eredményeinek elemzése ezekben számos hibát – vagy, ahogy a tudósok mondják: anomáliát – fedett fel. Olyan tényeket, amelyeket sehogy sem lehetett beilleszteni a korábbi elméletekbe. kvázi Először is, a Planck-űrszonda adatai alapján az univerzum mintegy 50 millió évvel idősebb, mint azt korábban gondolták. Emellett sokkal kevesebb atom alkotja, és sokkal több található benne a titokzatos sötét anyagból. Noha e kijelentések hatalmas horderejünek tűnnek, ezek jelentették a kisebb problémákat. Sokkal nagyobb fejtörést okoz az univerzum korai állapotából visszamaradt sugárzás mintázatában megfigyelhető úgynevezett „hideg folt”. A kérdéses régió ugyanis jelentősen hidegebb, mint ami a jelenlegi elméletek alapján elképzelhető volna. Sőt, az egész univerzum hőtérképe is igencsak aszimmetrikus. Az efféle új felfedezések átalakítják mindazt, amit a világegyetemünkről tudunk: azt a történetet, amely leírja, milyen úton jutottunk el a mai állapotig.
Habár a szonda 2013 októberében befejezte működését, neki köszönhetően egy majdnem tökéletes univerzumról készült sokkal pontosabb felvétel büszke birtokosai vagyunk, és pontosabban tudjuk azt is, hogy az egész világunk mikor vette kezdetét.
LIGO
A LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) egy lézer interferométerrel gravitációs hullámok megfigyelését végző csillagászati obszervatórium, mely a gravitációs hullámok első közvetlen észlelését tűzte ki célul. A LIGO két különálló, de egy obszervatóriumként működtetett létesítményből áll egymástól 3000 kilométerre, mindkettő az Amerikai Egyesült Államok területén található, az egyik Hanfordban, Washington államban, a másik Livingstonban, Louisiana államban.
A gravitációs hullámok kimutatására tett korábbi kísérletek, például a Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) nagy publicitást kaptak, ám sajnos nem jártak sikerrel. Valami jobbra volt szükség, így a LIGO továbbfejlesztésének köszönhetően 2015 szeptemberében a megnövelt érzékenységű műszer elsőként valódi gravitációs hullámokat detektált.
LISA
Ma az ESA tudósainak és mérnökeinek tervében egy olyan nagyszabású műszer szerepel, amely nem csak érzékelné a gravitációs hullámokat, de segítségükkel közvetlenül fel is tudná térképezni az egész világegyetemet. Ez lenne az evolved Laser Interferometer Space Antenna (LISA), amely a galaxisok keletkezéséről, a csillagok születéséről és a korai univerzumról szolgáltatna információt. A távoli jövőbe tervezett detektor megálmodói büszkén állítják, hogy ezzel a műszerrel magának a téridőnek a szerkezetét is tanulmányozhatjuk majd, de a fekete lyukakról és más egzotikus égitestekről is többet tudhatunk majd meg általa.
LISA Pathfinder-műhold
A küldetés kivitelezése előtt, már 2015 decemberében felbocsátottak egy LISA Pathfinder nevű műholdat, amelynek a célja, hogy kitapossa az utat az eLISA előtt a világűrbeli gravitációshullám-detektálás technológiáinak továbbfejlesztése révén.
A kísérletek és matematikai modellek együttműködése révén elénk táruló kép arra mutat, hogy egy igen szilárd elmélet állt össze a világegyetem születéséről és 13,8 milliárd éves fejlődéséről.
Nem sokkal hirtelen születését követően a világegyetem nem volt több egy forró plazmalevesnél. A világmindenség elképzelhetetlenül forró volt, benne anyag- és antianyag- (az anyag ellentéte) részecskékkel, melyek minden irányba távolodtak egymástól. Ezzel együtt minden hűlt, és közel azonos mennyiségű anyag és antianyag jött létre, majd ezek elkezdték megsemmisíteni egymást.
Legnagyobb szerencsénkre és valamilyen egyelőre érthetetlen oknál fogva, valamennyi anyag visszamaradt, miközben a világegyetem elkezdett kiürülni. A további hűlés során az anyagi világot felépítő részecskék lassan formát öltöttek. Az első csillagok 400 millió évvel az ősrobbanás után alakultak ki. Őket követték az első galaxisok, közülük a legidősebbeket 13,2 milliárd évesnek ismerjük.
Ahhoz képest, hogy mennyire bizonyosak vagyunk az ősrobbanás megtörténtében, a világunk természete még számos létfontosságú megválaszolatlan kérdést tartogat. Honnan származik a világegyetem? Egyáltalán miért jött létre? Miért volt a korai univerzumban több anyag, mint antianyag? Miért gyorsítja sötét energia a világegyetem tágulását? Azt azonban tudjuk, hogy az ősrobbanás nem valamibe „robbant” bele, hanem mindenütt egyszerre történt, a tér is az ősrobbanásban jött létre – ezért tölti ki egyenletesen a háttérsugárzás. És tudjuk azt is, hogy a világegyetem végső sorsa egy hatalmas kozmikus kötélhúzáson múlik: vajon a gravitáció újból össze fogja húzni a világot, vagy a sötét energia örök tágulásra fogja késztetni? Ezekre a kérdésekre még nem tudjuk a választ.